Der Energizer läuft konstant mit 7,2 km/h = 60 rpm. Er benötigt dann nur ca. 65 -70 mA.

Das heißt, an der Spule laufen in 1 Sekunde 18 Magnete vorbei. Über die elektrische Schaltung erhält er aber nur kurze Strompulse.

Regelb. Widerstand von 1 kOhm in Reihe zur Feinabstimmung:

(Schnellste Drehung bei kleinster Stromstärke: hier 720 Ohm)

Einfache Dioden 1 und 2

(615 Ohm)

1 npn-Transistor MJE 3055

Spulen  gemeinsam parallel auf Kern gewickelt: 2100 Windungen,

Kern Metglas-Pulver vom Strand der USA

Außendurchmesser: 80 mm

Kerndurchmesser: ca. 33 mm

Länge der Spule : 115 mm

Geringster Abstand Magnet –Spulenkern: 5-6 mm     

18 Magnete im gleiche Abstand auf der  Peripherie des Rades: Quader 20*40*10 mm Ba-Ferrit, Polflächen 20*40, alle Nordpole nach außen, Südpole nach innen (radial) gerichtet

Funktionsweise der Schaltung:

Der Transistor wird als schneller Schalter verwendet. Die Schaltskizze besteht aus 2 Kreisen.

1)      Steuerstromkreis oder Basiskreis mit Triggerspule (blau)

2)      Lastkreis mit Antriebsspule (rot)

Bewegt man einen Magneten dicht über eine Spulenöffnung wird bekanntlich eine Wechselspannung induziert.

Ein npn-Transisor besteht aus 3 Schichten: 2 gleiche n-Halbleiterschichten außen( Emitter E und Kollektor C), die Basis B in der Mitte ist mit Fremdatomen versehen, so dass sie eine sog. p-Schicht wird.

Man kann sich das auch vorstellen als 2 gegeneinander gerichtete Dioden mit gemeinsamer p-Schicht (Dioden sind „Ventile“ für elektr. Strom), so dass die Strecke E-C geperrt ist und erst leitend wird, wenn durch einen Spannungsimpuls die Basis B positiver als E wird. Ist B negativer als E sperrt der Transistor die Strecke E-C wieder.

Wird also der Nordpol eines Magneten über die Spule bewegt, sollte bei Annäherung der Transistor durchschalten und bei der anderen Halbwelle der Wechselspannung – also bei Entfernung von der Spule – sperren. (Es geht auch umgekehrt mit Abstoßung, ist aber vom Energieaufwand her ungünstiger)

Wenn E-C leitend wird, fließt im roten Kreis elektrischer Strom. Die Antriebsspule wird magnetisch und zieht den Nordpol an. Befindet er sich mittig über der Spule, sperrt der Transistor bis der nächste Magnet nahe genug herangekommen ist. Das Rad läuft dann bald mit konstanter Drehzahl weiter. Diode 1 fungiert als Löschdiode.

Beim selbständigen Abschalten des roten Kreises durch Sperren des Transistors ist noch die magnetische Energie in der Antriebsspule zu berücksichtigen. Beim normalen Elektromotor wirkt sie als hemmende Energie auf die Ursache zurück (sog. BACK EMF = electromotive force) und kann nur durch zusätzliche Energieaufnahme überwunden werden. Das sind Verluste.

Dieses Gerät arbeitet  rückwirkungsfrei, weil die Energie der magnetischen Spule in einen Kondensator oder zweiten Akku entladen wird:

                          Säure-Akku 12V, 40 Ah(5h)

                                                          55 Ah (20h)

                          neuwertig, beide baugleich, keine Starter-Akkus, sondern Allzweck-Akkus

                           bipolarer Kondensator   

                           0,47 Mikrofarad , U= AC 900 V

Wenn in einem Stromkreis eine Spule mit  großer Wicklungszahl –also hoher Induktivität L – vorhanden ist, entstehen immer hohe Spannungsspitzen durch Selbstinduktion.

Bei meinen Werten wird ein mittlerer Strom von 24 mA im roten Kreis in 15 Mikrosekunden unterbrochen. Dann entstehen Spannungen von fast 200 V. Der Ladeakku erhält fast stromlose Spannungsstöße und lädt sich schneller auf als der geringen Stromstärke entspricht.

Mein Versuchaufbau als „fliegende (=variable) Schaltung“

 
Berechnung der Transistorschaltzeit aus der gemessenen Induktionsspanung:

Induktivität der Antriebsspule L=118,6mH,  in ihr induzierte Spannung U ind=190V

15 Mikrosekunden sind für die Transistorschaltzeit realistisch. (Datenblatt für Transistor MJE 3055 10Mhz, 0,75 Mikrosekunden Schaltzeit)

In den beiden nächtlichen Ruhepausen geht die Akkuspannung etwas zurück.(rote Punkte und Unterbrechung des Graphen)

„Änderung“ bedeutet hier:  Anziehungs- statt Abstoßungs-Laufmodus. Wir haben früher die Geräte wie vermutlich viele andere Experimentierende im Anziehungsmodus betrieben. Im Anziehungsmodus nähert sich der Magnet der Spule, die Kraftwirkung und damit das Drehmoment des Rades wird immer größer, im Abstoßungsmodus entfernt sich der Magnet von der Spule während sich das Magnetfeld der Spule aufbaut. Das ist ein Grund dafür, dass die Modi vom Energieaufwand unterschiedlich sind. Die Modi liegen symmetrisch zur Spulenachse.

Energievergleiche:

Betreiben der Anordnung:

Der Energizer dreht sich konstant mit 7,2 km/h = 60 rpm. Er benötigt dann nur ca. 65 -70 mA.

Die Akkuspannung beträgt ca. 12,4 V. Da er aber in 2/3 der Zeit sperrt, wie ich nachgemessen habe, darf die Ladezeit höchstens mit 1/3*54,5 h =18,2 h angenommen werden.

 12,4V*0,07 A*18,2 h = 15,8 Wh

Ladung des 2. Akkus:

Der Akku wurde 54,5 h lang mit mittleren 24 mA –Pulsen bei ca. 12,4V geladen. (siehe Graph mit 3 Ladephasen und 2 Ruhepausen) Das sind maximal 1,308 Ah bzw. 16,22 Wh. Da  die Ladung aber auch in 2/3 der Zeit unterbrochen ist, darf die Ladezeit höchstens mit 1/3*54,5 h =18,2 h angenommen werden.

18,2h* 0,024A=0,44Ah bzw. 0,44Ah*12,4V=5,42Wh

Energetischer Lade-Aufwand: 5,42Wh

Die exakt 2stündige Entladung (siehe Graph) zeigte im  Mittel 2,92 A bei 11,9 V. Dem  entsprechen 5,84 Ah bzw. 69,50 Wh.

Energetischer Gewinn: 69,50 Wh + mechanische Rotationsenergie des Rades

Ich konnte dem Akku etwa das 12fache an Energie entnehmen, bis er wieder die Ausgangsspannung (als Ruhespannung) vor dem Ladevorgang erreicht hatte.

Der Nachweis ist uns schon früher gelungen: Schaltet man mehrere Ladeakkus parallel, 

werden sie geladen ohne Mehraufwand an Eingangsenergie!

Es soll erreicht werden können, dass die 100%ige Ladung eines Akkus innerhalb einer Stunde

möglich ist, deutsche TÜV-Ingenieure haben das bei Bedini mehrmals getestet.

Messung am  HV-Dioden-Ausgang, wenn Ladeakku nicht angeschlossen ist:

 
Einstellung war 1ms/div,  50V/div ; die Peaks gehen natürlich oben über den Bildschirm hinaus, aber man sieht so sehr schön die 12V-Differenz zur Nulllinie.

Das sind 3 „Unterpeaks“, die von einem Magneten herrühren. Ihr Abstand beträgt 2 ms.

Die Radgeschwindigkeit war 60 rpm.

Die Schärfe der Peaks zeigt, dass diese Ladepulse fast stromlos sind. Das Abschalten des Transistors geschieht an der linken Kante der Unterbrechungsstelle des Graphen, wenn die Spannung als Selbstinduktonsspannung plötzlich fast senkrecht nach oben schnellt.

Wenn der Graph in die Waagrechte übergeht, ist die Energie in den Ladeakku entladen und es wird die Spannung des Ladeakku mit etwa 12,5 V (+ Restenergie) angezeigt

 Um Überblick über die Sperrzeiten des Transistors zu bekommen, habe ich in die Hauptleitung zur Spannungsquelle einen Meßwiderstand von 10 Ohm gelegt. Wenn der Transistor durchschaltet und Strom fließt, erhalte ich einen Spannungsabfall am Widerstand. Wenn er sperrt, ist der Spannungsabfall 0.

Genaue Auswertung des Graphen zeigt, dass von 55ms der Transistor 18ms offen ist und 37 ms sperrt.(Verhältnis 1:2) In 2/3 der Umlaufdauer sperrt der Transistor.

Bei 1 Hz entfallen auf 1 Magneten + Zwischenraum 1000ms/18 = 55,6 ms

(Hier ist auch die Gruppe der „Dreier-Peaks“ zu sehen. Während des Herankommens eines Magneten an die Spule und nach dem ersten Öffnen des Transistors schließt er noch 2mal für etwa 1ms. Das 3er-Muster setzt sich im Ladepuls fort)

Messung am Widerstand:

2ms/div

2V/div

 Typischer Ladezyklus in einem Kreis mit induktiver Spule (Strom-Zeit-Diagramm). Wegen der Spule kommt der Stromfluss nur langsam in Gang. So gibt der zeitliche Spannungsverlauf mir auch Auskunft über den zeitlichen Stomverlauf.

Nun kommt der Test, die „Probe aufs Exempel“:

Wenn ich solch einen Überschuss habe, kann ich den Kreis schließen?

Antwort: Ja!

HV-Ausgang der Diode 2 von Lade-Akku auf Pluspol des Primär-Akkus gelegt:

(ist zwar die einfachste, energetisch aber nicht die günstigste Methode der Rückspeisung)

Beginn: 18.12. um 14.45h,  Akkuspannung: 12,343 V

Betriebs-Ende: 19. 12. um 7.06h (sieh Graphik mit Messwerten unten)

Die Akkuspannung steigt zunächst etwas an, fällt dann aber ab, wie es  bei der Belastung eines Akkus üblich ist. Wegen der Belastung des Akkus wird dann nicht die tatsächliche Spannung des Akkus angezeigt, sondern man muss ihn erst  mindestens 4 Stunden ruhen lassen.

Rad lief als Energizer mit Rückspeisung über 16,3 Stunden konstant mit 5,6 km/h = 46,7 rpm und geringerer Stomaufnahme aus dem Primär-Akku als bei der Anordnung mit 2 Akkus 

(jetzt nur noch Strompulse von 28 bis 54 mA. Die Ladestrompulse erreichen sogar 69 mA.)

 4,5 Stunden nach Abschaltung zeigte der Akku eine Ruhespannung von 12,361V,

nach 13 Stunden            „                       „                          „                        12,364 V,

nach 25 Stunden            „                       „                          „                        12,358 V,

nach 29 Stunden            „                       „                          „                        12,357 V

Das zeigt, die Spannung fällt nicht mehr unter die Anfangsspannung von 12,343 V. Es hat eine echte Ladung während des Betriebs stattgefunden.

Voltcraft-Messgerät (VC 920, True RMS, 40000 counts), das auf schnelle Änderungen der Messwerte reagieren kann, ist kalibriert, einfacheres Metex-Voltmeter( M 3800), das parallel mitlief  zeigte am Anfang 12,33 V und am Ende 12,34 V.

(Mit meinem Datenlogger kann ich wie im letzten Winter Messwerte in dichter Folge und  auch nachts erfassen)

Damit ist der Nachweis gelungen, dass über diese Technik, Geräte betrieben werden können, ohne dass der Akku entladen wird – im Gegenteil: er lädt sich weiter auf!